JP2003528240A - 多気筒内燃機関の制御方法および装置 - Google Patents

多気筒内燃機関の制御方法および装置

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JP2003528240A JP2001561904A JP2001561904A JP2003528240A JP 2003528240 A JP2003528240 A JP 2003528240A JP 2001561904 A JP2001561904 A JP 2001561904A JP 2001561904 A JP2001561904 A JP 2001561904A JP 2003528240 A JP2003528240 A JP 2003528240A
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Abstract

(57)【要約】 内燃機関の総トルクに対するシリンダ個別のトルク関与分を均すためにシリンダ均等化調整が実施されるという多気筒内燃機関の制御方法において、シリンダ均等化調整に対して作用監視を実施しかつシリンダ均等化調整の領域に障害があると、障害の存在を指示する少なくとも1つのエラー信号を発生することが提案される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、独立請求項の上位概念に記載の多気筒内燃機関の制御方法および装
置に関する。
【0002】 従来の技術 多気筒内燃機関の、この分野の制御装置ないし制御方法では、内燃機関の総ト
ルクに対するシリンダ個有のトルク関与分を均すないし均等化させるためのシリ
ンダ均等化調整が行われるようになっている。内燃機関は例えばオットー機関ま
たはディーゼル機関とすることができる。シリンダ均等化機能が特別必要とされ
るのは、直接噴射するオットー機関である。ここでは、成層運転モードにおける
燃焼方法の許される僅かなトレランスによっておよび/または使用される高圧噴
射弁ないし燃料の、個々のシリンダへの分配におけるトレランスが原因で、非静
粛度もしくは非円滑回転とも称される回転むらが生じる可能性がある。エージン
グが原因で生じる、高圧噴射弁の流量特性の変化も一役を演じる可能性がある。
シリンダ均等化調整により、回転むらの低減、すなわち静粛度もしくは円滑回転
とも称される回転むらのない運転を実現することができる。
【0003】 有利には、シリンダ均等化の枠内において、クランクまたはカム軸回転の時間
的な経過の評価を介して、先行する点火に対して相対的にシリンダのその都度実
時点のトルク関与分(実際モーメント)の検出が行われるのであり、すなわち絶
対モーメントが求められるのではない。シリンダ個有のトルク関与分の均等化を
目的としたモーメント補正は、少なくとも1つの燃焼を規定するパラメータへの
介入操作を介して行うことができる。このことは殊に、噴射される燃料量、オッ
トー機関の場合の点火時期、排気ガス再循環率または噴射位置を介して行われる
。噴射位置という概念は噴射パルスの、基準点、例えば燃焼行程におけるシリン
ダのピストンの上死点に対する角度位置に関連している。
【0004】 実際に、クランクまたはカム軸の回転運動の時間的な経過を評価するためにい
わゆるセグメント時間が検出されるようなシリンダ均等化調整が特別に実用化さ
れている。セグメント時間は、クランクまたはカム軸が、所定のシリンダに割り
当てられている前以て決められている角度領域を通過する時間である。機関の回
転が均質であればあるほど、個々のシリンダのセグメント時間間に差異は生じな
い。それ故にこのセグメント時間から機関の回転むらに対する尺度が形成される
。この公知の方法では、内燃機関のそれぞれのシリンダに個別の調整部が配属さ
れており、これに入力信号としてシリンダ個有の回転むら実際値が供給される。
回転むら実際値に基づいて調整目標値が求められる。例えば複数のシリンダの回
転むら値を調整目標値の形成のために平均化することができる。出力側において
調整部はシリンダ個有の噴射時間に、ひいてはシリンダ個有のトルク関与分に影
響が及ぶようにして、個々のシリンダの回転むら実際値が目標値に近づくように
する。実績を上げているシリンダ均等化調整は例えば、EP140065号また
はDE19828279号に開示されている。回転むら値形成に関して、後者の
公開公報に記載されていることはこの明細書に取り入れられたものとする。
【0005】 本発明はシリンダ均等化調整の領域における改善を目的とする。
【0006】 発明の利点 本発明によれば、シリンダ均等化調整の領域における改善は、シリンダ均等化
調整に対して作用監視を実施しかつシリンダ均等化調整の領域に障害があると、
障害の存在を指示する少なくとも1つのエラー信号を発生することによって実現
される。これにより、シリンダ均等化調整が該調整に割り当てられた機能を実際
にも意図した通りに実施しているかどうかを識別することが可能になる。
【0007】 例えば、直接噴射オットー機関における慣用のシリンダ均等化調整は、調整器
介入操作措置、例えば過比例の燃料調量による燃焼混合気の濃縮化が実際にも所
望の作用を実現する、すなわちトルク関与の所望通りの増大が実現されることを
保証することはできない。本発明の作用監視により、このことは識別することが
できかつ、少なくとも1つのエラー信号によってトリガされて、適当な対抗措置
がとられるようにすることができる。作用監視は、シリンダ均等化調整をほぼ取
り囲むようにして存在しかつその正常な機能を監視することができる。これによ
り、シリンダ均等化調整の際の調整器安定性および調整器作用が保証されるよう
にすることができる。
【0008】 有利な実施形態において、内燃機関のそれぞれのシリンダに対するシリンダ均
等化調整において、定められている動作領域内で、燃焼に影響を及ぼす少なくと
も1つの作動量の個別調整が実施されるようになっている。ここでいう作動量は
有利には、燃料調量、すなわちオットー機関における成層運転モードでは殊に、
実際には独占的にシリンダ個別のトルクを決定する噴射すべき燃料の量である。
少なくとも1つのシリンダ個別の調整が定められている動作領域の縁ないし限界
値に達したとき、エラー信号の発生が行われるようになっている。すなわち、動
作領域ないし調整の動作幅を離れることが、場合によって存在している問題に対
する証拠として利用される。この場合、シリンダ均等化調整の規定通りの課題が
、内燃機関の通常運転において必ずや発生する、個別シリンダ間のトルクの差を
均し調整することであることから出発している。この種のトルク差は、上述した
ように、例えば個々の高圧噴射弁の流量特性の、トレランスに規定されて生じる
差異が原因で発生するものである。この場合、現在典型的なトレランスは普通、
噴射平均値を中心とした20%ないし25%の領域にある。ばらつきのある高圧
噴射弁に基づいて期待されるモーメントエラーも相応に大きい。このことは、内
燃機関の本来の適用では、調整の動作幅の相応の選定によって考慮される。その
際例えばそれぞれの調整器に対して、介入操作ストッパを決めておくことができ
る。これは少なくとも、期待される最大モーメントエラーの2倍の大きさのもの
が適用される。これにより、調整にはある程度の安全性余裕度またはロバスト性
が得られ、かつ正常な調整器作動が保証されている。すなわち調整の動作領域は
、通例のトレランスが動作領域内にありかつ動作領域の限界値に対してある程度
の安全間隔が残るように大きめに選定される。そこで少なくとも1回の調整にお
いて動作領域限界値に達すると(すなわち、調整器はその予め調整設定されてい
る介入操作ストッパまで走行する)、シリンダ均等化調整の目的、すなわち個々
のシリンダの角加速度関与分の低減を、適用可能になっている、調整の制限され
た介入操作によってはもはや実現することはできないことは明らかである。こう
なってくるとエラー信号が発生されることになる。
【0009】 実施形態において、エラー信号に対する応答として、最初、調整の調整特性の
定められている変更が行われるようになっている。殊に、調整回路増幅度の適当
に予め定められている低減が実施される。実施形態により設定されている、有利
には自動的でかつ内燃機関の調整作動の期間には調整器パラメータ化の変更によ
って行うことができる、調整器動作特性の新しい定義が、有利な仕方において、
調整器ストッパに対する原因が種々様々な領域にある可能性があるという認識を
考慮する。一方において、エラーは調整の領域そのものにおいて発生する可能性
があり(この場合調整器欠陥と称される)、他方において調整すべき機能の領域
において発生する可能性がある(この場合、シリンダ欠陥と称される)。このよ
うなエラーの形式は択一的にまたは累積的に発生する可能性がある。調整器欠陥
は通例、「比較的小さな災い」と見なすことができる。例えば調整の不安定性は
調整区間内の予め予測できないパラメータ変化のために生じたものである可能性
があり、それが原因で調整ストッパに達したということである。すなわち、機関
の摩擦モーメントの変化で生じた可能性があるものである。生じた調整器ストッ
パに対して実質的に、例えばエージングが原因で生じた、調整の領域における距
離パラメータ変化にその原因を求めることにするのであれば、この原因は動作特
性の新たな定義によって考慮される。それは殊に、調整のロバスト性が増大され
るように調整回路増幅度を新たに定めることである。その場合このように整合し
た後では普通、変動は新たに定義された調整回路増幅度を有する調整動作領域内
にくることになりかつ調整は再び障害なく動作する。
【0010】 有利な実施の形態によれば、調整特性の第1の変更後、新たな調整器ストッパ
が生じかつこれによりエラー信号が発生されるとき、調整器特性の上述の適応が
殊に調整回路増幅度の低減によって、少なくとももう一回、実施されるようにし
ている。すなわち、調整器特性の1回目の変化後、新たなエラー信号に対する応
答として少なくとももう一回、調整器特性の変更が、殊に調整器増幅度の更なる
低減によって実施される。例えばこのことは、第1のステップにおいて、本来調
整設定されている調整回路増幅度の1/2に、それから次のステップにおいて1
/3に、その後1/4というように低減させていくことができる。調整回路増幅
度の、前以て決めることができる終値までの連続的な低減によって、通例は個々
のPI調整器によって動作する調整が一層ロバストになる。この場合ダイナミッ
ク特性的には緩慢になるが、それは受け入れられる。
【0011】 調整器ストッパに対する原因として、実際のシリンダ欠陥も考えられる。これ
は、本明細書の意味においては殊に、シリンダの噴射および/または点火におけ
る機械的な欠陥と考えることができる。例えば、シリンダによって期待されるト
ルクが(制限された)濃縮化、すなわち一層強力な燃料調量によってももはや実
現することができないことが起こりうる。それは。例えば弁流量および/または
弁噴出量の比較的大きな変化に基づいて混合気がもはや満足できる程度にシリン
ダに供給されないまたは正しく着火することができないという理由からくるもの
である。このような場合には殊に、エラー信号に対する応答として、有利には調
整特性の少なくとも1回の変更後に、作用監視により調整の遮断が実施されるよ
うする。その際有利には、調整特性の、最初に定められている動作特性へのリセ
ットが行われる。すなわち調整は作用もしくは効率監視部によって非作動状態に
されかつその本来の状態にリセットされる。それから不具合の原因になっていた
欠陥を修復した後、調整機能は直ちにその本来の作用にとりかかることができる
【0012】 欠陥の発生後できるだけ早く修復措置をとるために、有利には、エラー信号に
対する応答として、有利には調整特性の少なくとも1回の変更後に、外部の警報
信号が送出されるようにしている。これは例えば、ユーザが直接知覚することが
できる、有利には光学的な警報指示が起動されるようにするおよび/または外部
で問い合わせ可能な診断システムのメモリへのエントリが発生されるようにして
、後続の診断の際に、生じた、および場合により正確に定義されている欠陥を取
り除くことができるようにすることである。
【0013】 エラー信号に対する応答として、有利には調整特性の少なくとも1回の変更後
に、実時点の調整器特性を維持しておいて、作用監視部により調整の停止が行わ
れるようにすることもできる。この場合も有利には、相応の外部の警報信号の送
出を介して欠陥の存在、ひいては欠陥の修復に対する要請が指示される。
【0014】 従って本発明により殊に、シリンダ均等化調整の際の問題に対する多段階の、
すなわちスタック構成された応答が可能になる。場合によっては複数回繰り返す
ことができる第1ステップにおいて、自動的にかつ内燃機関の運転期間中に新た
に調整器に加えるデータを調節することで実施できるのだが調整特性を変更して
、とりわけエージングに規定されて生じる、調整区間の変更が考慮されるように
する。調整器特性のこの適合後更に作用監視部によってエラーが指示された後よ
うやく、場合によっては修理が必要である実際の欠陥がシリンダ領域に生じてい
るものと見なされる。第1のステップはユーザに気付かれることなく実行するこ
とができ、第2のステップの期間には有利には、必要な保守または修理を指示す
る警報信号が発生される。
【0015】 図面 これらおよび別の特徴は請求項からばかりでなく、明細書の説明および図面か
らも明らかである。唯一の図は、シリンダ均等化調整の作用監視の特性を説明す
るために実験により求められた測定ダイヤグラム図を示している。
【0016】 図1には、4つのシリンダを装備したガソリン直接噴射機関における、シリン
ダ均等化調整に対する作用監視の有利な実施例の時間的な特性を説明するために
、共通の時間軸(X軸)上に3つのダイヤグラムが示されている。Y軸の所属の
値は実験により求められたものであり、その際内燃機関は成層運転モード(15
%)において約1400回転/分で運転された。
【0017】 上のダイヤグラムの4つの曲線K1,K2,K3,K4はY値として、内燃機
関のクランク軸のシリンダ個有の角加速度Kを表している。最高度の円滑運転(
回転むらのない)に相応する目標値(シリンダ均等化調整の目標値)は選択され
ている定義においては値K1=K2=K3=K4である。これらの理想値は図示
されている時間間隔の最初の5秒間はシリンダ均等化調整によって近似的に調整
設定されている。角加速度K1ないしK4の少なくとも1つに対する、零とは異
なっている値は、シリンダ均等化調整の調整介入操作が必要であることを意味し
ている。
【0018】 真ん中のダイヤグラムにおいてY軸には、4つのシリンダに配属されている、
シリンダ均等化調整部の4つのPI調整器に対する調整介入操作係数Rが示され
ている。調整介入操作を表している縦軸値Rは、それぞれのシリンダにおける噴
射時間に対する係数と考えることができるものである。すなわち例えばR1=1
.2の値は、シリンダ1において噴射時間が調整により基準噴射時間に対して2
0%だけ拡張されることを意味している。このことは理想的には、噴射される燃
料量の、20%分の増大に対応している。従ってR>1の値は平均的な混合気組
成を上回る混合気の濃縮化に相応しており、一方R<1の値は希薄化を意味して
いる。調整全体は有利には、単位時間当たりの総噴射量が実質的に同じにとどま
るように設定されている。
【0019】 冒頭に説明したように、噴射平均値を中心とした20%ないし25%の領域に
ある典型的なトレランスは珍しくない。このばらつきは殊に、個々の高圧噴射弁
の流量特性曲線のトレランスにより生じる差異によって引き起こされる可能性が
ある。この領域における変動が作用監視によって、シリンダ領域におけるおよび
/または調整におけるトレランスを越える欠陥の存在に対する示唆として解釈さ
れないように、図示の例において、調整の動作幅が調整器に対する相応のデータ
調整によって、調整が操作介入係数1から30%の偏差のところにその調整限界
が実現される(R値=1.3)ように調整設定されている。従って例えば25%
である期待される最大トレランスとこの介入操作ストッパEAとの間になおある
程度の安全余裕度またはロバスト性がある。これは、個々の噴射間に場合により
存在するトレランスに規定されて存在する偏差にも拘わらず正常な調整作動を保
証するものである。
【0020】 下側のダイヤグラムにおける3つの矩形波形状のラインはデジタル機関制御部
の制御ビットBを表している。機関制御部は調整器も含んでいる。その際上側の
曲線B1が調整器タイミングを表しておりかつ実質的に規則的な間隔をおいて発
生する、約200ミリ秒長の矩形パルスが調整器に対してクロック毎に更新を行
うようにする相応の調整器タイミングビットを表してる。
【0021】 真ん中の曲線B2は効率監視のエラー指示を表している。従って例えば時点t
=7.2secに発生するような相応のエラービットは効率監視のエラー信号に
相応しかつ所定の条件下で発生する。この条件については冒頭に既に説明してい
るが、更に後で一層詳細に説明する。
【0022】 大体横軸と一致する下側のラインB3は効率監視による調整に対する遮断機能
を表しておりかつ調整はビットがセットされていない場合(横軸上のライン)に
スイッチオンされかつビットがセットされている場合には遮断されているように
定義されている。従って図示の例では約21.2sec後に調整の遮断が行われ
る。
【0023】 次に、効率監視の特性をこのダイヤグラムに基づいて詳細に説明する。機関の
実際状態をその円滑回転に関して表している上側のダイヤグラムにおいて、時点
t=5secまでは円滑回転は最適である。というのはすべてのシリンダ個別の
角加速度値が調整目標値K=0の近傍にあるからである。時点t=5secにお
いて、第1シリンダの噴射弁に50%少ない燃料が供給されることによって障害
が発生する。その結果として、このシリンダのトルク関与分ないしその角加速度
値(曲線K1)が目標値から離れかつ次の約5sec内に約2.5の値まで上昇
することになる。同時に他の3つのシリンダの角加速度値(曲線K2,K3,K
4)は実質的に同じ大きさだけ徐々に調整目標値から偏差してくる。偏差の大き
さはとりわけ、次のようにして決められる:すべてのシリンダの総燃料消費が実
質的に同じにとどまるように調整が全体として構想されている。
【0024】 真ん中のダイヤグラムから、第1シリンダの噴射弁における欠陥に対するシリ
ンダ個有の調整器の反応を見て取ることができる。曲線R1に基づいて、第1シ
リンダに配属されているPI調整器が、該調整によって識別されたエラー(噴射
弁1における50%僅かな燃料)を噴射時期を高めることによって補償しようと
しているのが分かる。このことは調整器のタイミングにおいて(曲線B1)ステ
ップ毎に、出発値に関連してその都度10%の段階において高められる。時期t
=7.2secにおいて噴射時期拡大は30%であり、このことは調整器の予め
調整設定されている介入操作ストッパに対応している。従って調整器の動作領域
の限界値に達している。総噴射量を一定にしようとする調整器の前以て決められ
ている動作に基づいて、他の3つのシリンダの噴射時期ないし噴射量が相応にス
テップ毎に低減される(R2,R3,R4)。
【0025】 t=7.2secにおいて介入操作ストッパEAに達することで、制御部にエ
ラー信号が送出される。この信号中には第1のエラービットB21がセットされ
る。
【0026】 値K=0とは著しく相異している曲線K1ないしK4に基づいて、介入操作ス
トッパEAに達した時点で機関の円滑回転が再形成されていないことが分かる。
すなわち調整器目標は実現されていない。
【0027】 調整の動作領域限界値に達すると(介入操作ストッパEA)、第1シリンダに
配属されているPI調整器の調整器特性が変更される。一方において、調整器は
リセットされて、殊に調整器のI成分が再び零にセットされるので、その結果先
行する調整偏差はリセット後には調整器特性にもはや影響を及ぼさない。他方に
おいて、調整器回路増幅度の低減が、図示の例では時期t=0にて存在している
本来の調整器回路増幅度の1/2への低減が行われる。このことは、同時に調整
器ダイナミック特性が失われることになるが調整器ロバスト性が増大されること
を意味している。別の言葉で表せば、調整器は動作が遅くなりかつ調整器偏差に
一層緩慢に反応する。
【0028】 障害の発生(t=5sec)と介入操作ストッパの到達(t=7.2sec)
との間の調整器介入操作にも拘わらず、円滑回転の改善が見られなかったので(
曲線K1は曲線K2ないしK4とますます離れていく傾向にある)、t=7.2
secでの介入操作ストッパの1回目の到達後の時間空間において調整部は新た
に、通報されたエラー(第1の噴射弁における燃料は少ない)を対応弁の噴射時
間を高めることによって調整器のタイミングでステップ毎に補償しようとする。
4回の高めるステップないし約3.5secの時間期間後に、調整器はt=11
secのところで新たに、予めセットされている介入操作ストッパに達し、しか
も円滑回転障害は何ら解消されていないままである。これにより、第2のエラー
信号が発生され(エラービットB22)かつ既に説明した方法において調整部が
今一度リセットされかつ調整器回路増幅度が一層低減される。今や増幅度は例え
ば本来の調整器回路増幅度の1/3に低減され、これにより調整器ロバスト性は
一段と増大される。
【0029】 この過程(介入操作ストッパに達した際の調整器のリセットおよび調整器回路
増幅度の一層の低減)は図示の例では更にもう2回実施され、その際介入操作ス
トッパの到達後その都度引き続く調整器周期において新たに介入操作ストッパに
達するまでの時間が増加しかつ相応に増えていく数の、噴射時期の拡大ステップ
が実施されることが分かる。
【0030】 調整器回路増幅度の3回の低減後にも、調整器はもう一度その介入操作ストッ
パに達していることが分かる(t=21.2sec)。このことは、調整の図示
の実施例では、介入操作ストッパの到達は例えば調整の不安定さ(例えば調整区
間のパラメータ変化に基づいた)にその原因を見るのではなく、実際には、シリ
ンダ欠陥にその原因を求めるということに対する証拠として評価される。つまり
例えば第1シリンダに噴射される燃料に著しい低減が生じたのは当該シリンダに
欠陥があるからだと。調整部は、介入操作ストッパに4回目に達した(t=21
.2sec)後、調整機能の機能が作用監視によって遮断される(曲線B3にお
ける機能遮断ビットのセット)ように構想されている。その際すべての調整器の
介入操作計数は値1にリセットされる。
【0031】 作用監視の遮断を行うことになる最後のエラービットないしエラー信号および
/または曲線B3におけるt=21.2secでの遮断信号は、外部の警報指示
、例えば診断メモリへのエントリを発生して、次の機関診断の際に、シリンダ均
等化調整によってもはや補償することができないシリンダ欠陥が存在しているこ
とを指示するために利用することができる。エラー情報は、このエラーがシリン
ダ1の領域において発生したことが分かる程度にまで特定することができる。従
って所期の対抗措置を、例えばこのシリンダの噴射弁の交換によって行うことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 シリンダ均等化調整の作用監視の特性を説明するための実験的に求められた測
定ダイヤグラムである。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成13年9月21日(2001.9.21)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の総トルクに対するシリンダ個別のトルク関与分を
    均すためにシリンダ均等化調整が実施されるという多気筒内燃機関の制御方法に
    おいて、 シリンダ均等化調整に対する作用監視を実施しかつ シリンダ均等化調整の領域に障害があると、障害の存在を指示する少なくとも1
    つのエラー信号を発生する ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 内燃機関のそれぞれのシリンダに対するシリンダ均等化調整
    において、定められている動作領域内で、燃焼に影響を及ぼす少なくとも1つの
    作動量の個別調整を実施しかつ 少なくとも1つのシリンダ個別の調整が定められている動作領域の限界値に達し
    たとき、エラー信号の発生を行う 請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 エラー信号に対する応答として、調整の調整特性の定められ
    ている変更を、例えば調整回路増幅度の低減によって行う 請求項1または2記載の方法。
  4. 【請求項4】 調整特性の第1の変更後、新たなエラー信号に対する応答と
    して少なくとももう一回、調整特性の変更を、例えば調整回路増幅度の一層の低
    減によって実施する 請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 エラー信号に対する応答として、有利には調整特性の少なく
    とも1回の変更後に、作用監視により調整の遮断を実施し、ここで例えば調整特
    性の、最初に定められている動作特性へのリセットを行うか、または エラー信号に対する応答として、有利には調整特性の少なくとも1回の変更後に
    、その時点での調整特性を維持しておいて作用監視により調整の停止を行う 請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
  6. 【請求項6】 エラー信号に対する応答として、有利には調整特性の少なく
    とも1回の変更後に、外部の警報信号を送出して、例えばユーザが直接知覚する
    ことができる、有利には光学的な警報指示が起動されるようにするおよび/また
    は外部で問い合わせ可能な診断システムのメモリへのエントリが発生されるよう
    にする 請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. 【請求項7】 内燃機関の総トルクに対するシリンダ個別のトルク関与分を
    均すためのシリンダ均等化調整部を有している、多気筒内燃機関を制御するため
    の装置において、 シリンダ均等化調整部に対する作用監視のための装置が設けられており、該装置
    は、シリンダ均等化調整の領域に障害があると、障害の存在を指示する少なくと
    も1つのエラー信号が発生されるように構成されている ことを特徴とする多気筒内燃機関の制御装置。
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